1.3: Мікроорганізми

Найважливішою роботою оператора водопідготовки є забезпечення надійної та якісної води для населення. Це досягається шляхом хімічної дезактивації або фізичного видалення хвороботворних мікроорганізмів у воді. Мікроорганізми деактивуються додаванням хімічної речовини, такої як хлор або озон, тоді як фізичне видалення здійснюється за допомогою системи фільтрації.

Правило обробки поверхневих вод

Правило обробки поверхневих вод (SWTR) було створено в 1990 році для подальшого захисту населення від хвороб, що передаються водою. Специфічні захворювання, які SWTR прагне запобігти, - це захворювання, спричинені вірусами, легіонелою та лямбліями. Хвороботворні мікроорганізми також відомі як збудники. Мікроби, які викликають більшість захворювань, що передаються водою, знаходяться в більшості поверхневих вод у Сполучених Штатах. Кожна державна установа, яка використовує поверхневі води як джерельну воду, повинна дотримуватися SWTR. Поверхневі води визначаються як будь-який відкритий водойму, який сприйнятливий до поверхневого стоку. Опади та танення снігу, які потрапляють у відкриті водойми, такі як озера, річки та рукотворні водойми, схильні до забруднення очисних споруд та фекаліями тварин.

В цей час не існує простих недорогих тестів на віруси, легіонели і лямблії, тому для тестування вихідної води і очищеної води застосовуються інші захисні заходи. Правила водних ресурсів забезпечують детальні правила інактивації та видалення найпростіших, також відомих як лямблії та віруси. Бактерії потрапляють десь посередині обох мікроорганізмів, тому немає необхідності їх «регулювати». Бактерії будуть видалені та/або деактивовані в межах параметрів або правил, які діють. Лямблії та Cryptosporidium утворюють тверді цисти, які дуже важко дезактивувати хімічним шляхом хлором. Вони більші за віруси, тому вони або легше видаляються шляхом фільтрації. Нові технологічні досягнення, такі як додавання озону, є відмінними способами дезактивації лямблій.

Очисні споруди повинні використовувати комбінацію дезінфікуючого засобу (хімічна дезактивація) та фільтрації та повинні досягти 99,9% видалення або інактивації кіст лямблій та 99,99% вірусів. Ви також можете побачити відсотки, виражені як 3 Log і 4 Log. 99,9% буде виражено як 3 Log, а 99,99% буде виражено як 4 Log. Очисні споруди, в яких використовується фільтрація, досягають коефіцієнта їх видалення шляхом спостереження за комбінованим фільтром каламутності стоків. Помутніння - це вимір помутніння у воді. Причина, по якій важливо виміряти каламутність, полягає в тому, що мікроорганізми можуть ховатися за дуже дрібними частинками і зробити методи лікування неефективними. Показання каламутності виражаються у вигляді нефелометричних одиниць каламутності (НТУ). Більшість поверхневих джерел води не відповідатимуть стандартам, які дозволять очисній споруді утримуватися від використання затверджених методів фільтрації. Затверджені методи лікування, які в даний час використовуються водними операторами, - це звичайна обробка, пряма фільтрація, повільний пісок, діатомова земля, зворотний осмос та альтернативні технології обробки, затверджені в кожному конкретному випадку регулюючою радою верховенства. Деякі водні агентства використовують нові технології, такі як мембранна фільтрація та УФ-обробка.

Таблиця 3.1: Водяні патогени

Бактерії	Віруси	Найпростіші
Кампілобактер Кишкова паличка (E-coli) Сальмонела Єрсінія Вібріон Легіонела Аермонади Мікобактерії Шигелла Псевдомонас	Гепатит А Реовірус Каліцівірус Ентеровірус Вірус Коксакі аденовірус Еховірус Поліовірус	лямблії лямблії Криптоспоридій Ентамеоба Мікроспоридій

Безперервний залишок дезінфікуючого засобу завжди повинен бути в системі розподілу, щоб запобігти захворюванням, що передаються водою. Залишковий дезінфікуючий засіб 0,2 мг/л повинен бути присутнім у системі розподілу постійно, однак більшість операторів води підтримуватимуть десь між 2,5 мг/л-3,0 мг/л Розрахунок КТ використовується для того, щоб переконатися, що під час обробки та розподілу використовуються належні рівні дезінфікуючих засобів. Ефективність процесу лікування розраховується за формулою КТ і використовує такі дані, як дезінфікуючий засіб, залишки дезінфікуючого засобу, тривалість контакту дезінфікуючого засобу з водою, температура води та рН води. Важливо відзначити, що в процесі лікування мета полягає в тому, щоб знезаразити воду (вбити всіх хвороботворних мікроорганізмів) і не стерилізувати (вбити всі організми).

«С» - це концентрація дезінфікуючого засобу, тоді як «Т» - кількість часу контакту дезінфікуючого засобу з водою. У дні з більш високими показниками стічних вод оператору може знадобитися підвищити дози хлору, оскільки дезінфікуючий засіб буде контактувати з водою протягом меншого часу. І навпаки, якщо витрати рослин нижчі, можна використовувати меншу дозу хлору, оскільки дезінфікуючий засіб контактує з водою протягом більшого часу.

Тематичне дослідження: Мілуокі квітень 1993

У квітні 1993 року найбільший спалах Cryptosporidium за записом стався в Мілуокі, штат Вісконсін. Понад 400 000 осіб повідомили про хворобу, а 100 людей померли. Всі люди, які померли після вживання забрудненої води, мали вірус СНІДу. Не може бути точно, що Cryptosporidium був причиною кожної їх смерті, але, як буде сказано далі в цьому розділі, люди з ослабленою імунною системою набагато більш сприйнятливі до смерті, якщо п'ють зіпсовану воду.

Інцидент в Мілуокі став каталізатором удосконалення SWTR. Оскільки Cryptosporidium створює цисти і не вбивається хлором, був створений підхід до лікування «подвійний бар'єр». Потім очисні споруди повинні були контролювати рівень каламутності стоків та використовувати альтернативні методи лікування, такі як озон або ультрафіолетове світло, які б деактивували криптоспоридій. Ефективна фільтраційна установка, що використовує коагуляцію, флокуляцію, осідання та фільтрацію, повинна була бути в змозі впоратися зі спалахом, таким чином, рівень каламутності не був у межах стандартів.

Вважалося, що джерелом Cryptosporidium був розлив стічних вод, який був дуже близько до споживання очисної споруди Південного Мілуокі, де стався спалах. Інші вважають, що оператори очисних споруд використовували більшу кількість стічних вод в процесі очищення. Утилізація промитої фільтрувальної води є звичайною практикою, але після цієї події було встановлено, що лише 10% вихідної сирої води може надходити зі стічних вод.

Урок, який всі засвоїли тут, - якість води постійно змінюється і розвивається. Мати-природа кидає в нас кривікульки, які змінюють якість вихідної води. Якщо щось не так, ваш обов'язок як оператора - щось сказати. Правила все добре і добре, але якщо їх не дотримуються, люди можуть дуже захворіти або, можливо, навіть померти.

Загальне правило кишкової палички

Загальне правило кишкової палички було опубліковано в 1989 році і було переглянуто в 2014 році. Він встановив мінімальні вимоги до частоти та кількості тестів кишкової палички, які будуть прийняті водними агентствами. Як обговорювалося раніше, бактерії кишкової палички існують у більшій кількості, ніж інші бактерії. Якщо є позитивний тест на кишкову паличку, є більша ймовірність того, що процес лікування не функціонує належним чином, і підвищується ймовірність потрапляння патогенів у воді. Бактеріальні спалахи у воді викликають гастроентерит із супутніми симптомами нудоти, діареї, блювоти та спазмів. Зовсім молоді люди, люди похилого віку та люди з ослабленою імунною системою піддаються ще більшій небезпеці, якщо у воді виникнуть хвороби, що передаються водою. Кожне водне агентство зобов'язане мати затверджену карту місця відбору проб, затверджену агентством першості.

Ціллю правила загальної коліформи є нульові позитивні зразки кишкової палички. Системи води, які беруть менше 40 проб на місяць, допускаються лише одним позитивним зразком, тоді як системи, які беруть більше 40 проб, не повинні знаходити позитивних результатів у більш ніж 5% зразків кишкової палички. Якщо виявлена позитивна проба кишкової палички, це не обов'язково є показником проблеми. Помилка відбору проб людини може бути винуватцем. Після виявлення позитивного зразка коліформної палички повторно береться протягом 24 годин на місці позитивного відбору проб і відбираються два додаткові зразки, один вище за течією і один нижче за течією початкового позитивного сайту. Якщо є другий позитивний результат кишкової палички, то воду тестують на E-Coli. Якщо у зразку присутній E-Coli, це є негайним ризиком для здоров'я населення і вважається гострим порушенням MCL. Це буде вважатися порушенням рівня I, і публічне сповіщення повинно відбутися протягом 24 годин.

Довгострокове 1 Покращене правило обробки поверхневих вод

Довгострокове 1 Покращене правило обробки поверхневих вод (LT1ESWTR) застосовується до систем водопостачання, які обслуговують менше 10 000 людей. Нижче наведено список вимог до водних агентств, які підпадають під цю категорію:

• Повинні досягти 99% або 2 журналу видалення Cryptosporidium
• Більшість систем повинні відповідати стандартам каламутності 0,5 НТУ з 95% показань каламутності стічних вод комбінованого фільтра. Менші системи отримають 2 журнал видалення кредиту лямблій з більш суворим .03 NTU комбінований фільтр стічних вод.
• Необхідний моніторинг індивідуального фільтра. Більш високі показники каламутності з окремих фільтрів потребують коригувальних дій.
• У деяких штатах може знадобитися дезінфікуючий профіль побічного продукту
• Будь-яка зміна первинного дезінфікуючого засобу повинна бути профільована та затверджена
• Всі очищені водопровідні свердловини повинні бути закриті і не відкриті для атмосфери

Довгострокове 2 Покращене правило обробки поверхневих вод

Довгострокове правило обробки поверхневих вод 2 (LT2ESWTR) охоплює всі системи водопостачання, які обслуговують понад 10 000 клієнтів.

• Це правило додано удосконалення SWTR. Постачальники води зобов'язані тестувати вихідну сиру воду для криптоспоридію та E-coli протягом 2 років. Цей крок був введений для забезпечення того, щоб все обладнання очисних споруд було здатне належним чином дезактивувати та видаляти патогени з води.
• Після тестування системам було надано номер бункера, який визначав, наскільки сприйнятлива система до забруднення.
• Якщо системи були сприйнятливі, були відведені терміни для виправлення недоліків
• Необхідний постійний контроль впливу системи розподілу і підтримання не менше 0,02 мг/л залишкового хлору

Фільтр зворотного промивання Правило переробки

Як зазначається в тематичному дослідженні Мілуокі, системи водопостачання здатні використовувати перероблені стічні води як джерело сирої води. Багато очисних споруд використовують відпрацьовані ставки, відходи лагуни та басейни для відбору переробленої промивної води та води з стоків по всій очисній споруді. Для того, щоб рослини використовували перероблену воду, рослини повинні пропускати стічні води через той самий процес очищення, що і сирої неочищеної води. Кількість води, яку можна повернути, залежить від розміру рослин та максимальних потоків рослин.

Свинець і мідь Правило

Правило свинцю та міді відрізняється від більшості інших вказівок щодо води, оскільки ці дві складові зазвичай знаходяться у воді після того, як вона пройшла цикл лікування. Більшість сирої води має дуже низький рівень свинцю та міді. Свинець і мідь знаходяться в питній воді після того, як відбувається хімічна реакція в розподільних трубах. Вода, яка є більш кислою, може розмивати свинцеві та мідні труби, змушуючи їх вимиватися у воду. Використання свинцевих труб в системах питного водопостачання було заборонено в 1986 році і їх більше не можна використовувати. Відомо, що свинець викликає кілька проблем зі здоров'ям у плодів та маленьких дітей. Це може спричинити проблеми з розвитком. Свинець також може впливати на нирки, мозок, еритроцити і, як відомо, викликає анемію.

При оптимальному контролі корозії знижується здатність води до хімічної реакції зі свинцевими і мідними трубами. Багато очисних споруд додають хімічні речовини, такі як каустична сода, щоб підняти рН води. Очищена вода з рН близько 8 буде тримати тонкий шар кальцію на внутрішній стороні розподільної труби, яка захищає трубу від корозії. Контроль корозії перевіряється шляхом моніторингу провідності, тестування рН води, температури води, тестування на кальцій, тестування на лужність та випробування на фосфатний або кремнеземний інгібітор корозії, якщо використовується для контролю корозії.

Правило свинцю та міді також відрізняється від інших правил тим, що воно базує свої параметри на рівнях дій. Якщо 10 відсотків води споживачів тестують в 90-му процентилі рівня дії на свинець і мідь, то подальші профілактичні дії повинні бути виконані. Більшість клієнтів не повинні турбуватися про це через досягнення в боротьбі з корозії за останні кілька десятиліть.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Зображення свинцевих труб Borsi112 ліцензовано відповідно до CC BY-SA 3.0

Етап 1 і 2 правило дезінфікуючого біпродукту

Коли природна органіка змішується з хімічними дезінфікуючими засобами, можливе утворення дезінфікуючих побічних продуктів (DBP). Хімічні дезінфікуючі засоби, що використовуються для очищення води, які утворюють DBP, - це хлор, діоксид хлору, хлораміни та озон. Правило дезінфікуючих побічних продуктів етапу 1 встановило MCL для тригалометану (TTHM), галооцтової кислоти (HAA5), хлориту та бромату. Відповідність встановлюється на поточному середньорічному показнику для TTHM, HAA5 та Bromate та в середньому за місяць для хлориту. Правило також встановлює максимальні рівні дезінфекції хлору, хлораміну та діоксиду хлору.

Правило дезінфікуючих побічних продуктів на етапі 2 застосовується до всіх громадських та неперехідних систем водопостачання, які додають хімічний дезінфікуючий засіб або купують очищену воду, яка має хімічний дезінфікуючий засіб. Метою правила Stage 2 є моніторинг локальної вибірки окремих з'єднань. Деякі ділянки водопровідної системи мають менший рух, тому більш схильні до утворення ДБП. Правило етапу 2 охоплює TTHM та HAA5 і має той самий MCL, що і правило етапу 1. Дивіться діаграму нижче:

Дезінфікуючий залишковий	МРДЛ* у вигляді мг/л	Відповідність на основі
хлор	4,0 мг/л	Працює середньорічна САА
хлораміни	4,0 мг/л	Працює середньорічна САА
Діоксид хлору	0,8 мг/л	Щоденні зразки

* Максимальний залишковий рівень дезінфікуючого

Побічний продукт дезінфекції	Максимальний рівень забруднюючих речовин	Відповідність на основі
Тригалометан	0,80 мг/л (80 ppb)	Біговий середньорічний
Галооцтова кислота	0,060 мг/л (60 ppb)	Біговий середньорічний
бромат	0,010 мг/л (10 ppb)	Біговий середньорічний
хлорит	1,0 мг/л (1 проміле)	Середньомісячна

* ppb- частин на мільярд ppm- частин на мільйон

Звіти споживчих довір

Громадськість має право знати, що знаходиться в їх питній воді. Продовжуючи читати текст, ви помітите, що багато термінології є досить ротовим. У 1998 році звіти про довіру споживачів були доступні для громадськості для прозорості. До звіту додано вісім груп інформації:

• Інформація про систему, включаючи контактну інформацію
• Різні джерела води (тобто озера, колодязі, річки)
• Визначення, що не є водним персоналом, може зрозуміти, включаючи методи MCL, MCLG та методи лікування
• Будь-які виявлені забруднюючі речовини в системі разом з переліком можливих наслідків для здоров'я, якщо межі та цілі не виконані
• Знайдено нерегульовані забруднюючі речовини
• Перелік порушень, якщо вони виникли
• Розбіжності та виключення
• Навчальні інструменти для забруднюючих речовин та постраждалих груп населення

Інтернет зробив можливим для водоочисних споруд щомісяця розміщувати інформацію на веб-сайтах компанії; однак звіт про довіру споживачів надсилатиметься щороку своїм клієнтам електронною поштою/в електронному вигляді.

Розрахунок витрати

Розрахунок витрати буде одним з найбільш часто використовуваних у математиці води. Цей розрахунок багато говорить нам про те, що відбувається в нашій водопровідній системі. Загальні витрати, які ви побачите, - це галони на хвилину (GPM), кубічні фути в секунду (CFS), мільйон галонів на день (MGD) та акрів футів на рік (AFY). Водооператори використовують витрати для різних цілей. Якщо ви працювали на невеликій очисній споруді, ви могли б використовувати GPM або CFS у повсякденних операціях, але, дивлячись на воду, вироблену протягом усього місяця або року, розрахунок в Acre Feet може бути більш доцільним. Як і будь-яка алгебраїчна формула, буде невідомий фактор, для якого ви вирішуєте. У випадку питання потоку буде 3 значення, два відомих і одне невідоме.

Рівняння швидкості потоку Швидкість потоку = Обсяг ÷ Час Алгебраїчне «Колесо» є дуже ефективним способом вирішення багатьох водних математичних завдань. Ті студенти, які мають більше «механічних» розумів, можуть знайти цей спосіб вирішення математичних завдань простіше. Нижче наведено приклад того, як вирішити рівняння швидкості потоку обома методами.

Приклад 1

За 4 години об'єм резервуара для води збільшується на 30 000 галонів. Який був витрата води, що надходить в бак? Експрес в галоні в хвилину.

Швидкість потоку = Обсяг/Час Швидкість потоку = 30 000 галонів/4 години 7500 галонів/1 година 7500 галонів/1 година = 1 година/60 хв = 125 галонів/хвилину

Ми також можемо використовувати розрахунок витрати для вирішення обсягу або часу.

Приклад 2 - Вирішити для часу

Скільки часу знадобиться для зливу резервуара для зберігання на 100 000 галонів, де вода виходить зі швидкістю 2,500 галонів на хвилину?

Час = 100 000 галл/2500 GPM = 40 хвилин

Завжди помістіть невідоме в лівій частині формули, щоб ваші фактори скасували належним чином.

Приклад 3 - Вирішити для обсягу

Ваш насос резервуара для води налаштований на роботу протягом 90 хвилин. Потужність вашого насоса становить 3,000 GPM. Скільки галонів води буде надходити в резервуар?

Обсяг = 3,000 GPM х 90 хв

Обсяг = 270,000 галонів

Приклад 4

Повна ємність резервуара для води становить 500 000 галонів. Оператор зведе бак до половини повного протягом 8-годинного періоду. Який витрата води, що виходить з бака?

(Примітка: Держава стає дуже творчим з їх тестовими питаннями. Не забудьте прочитати питання кілька разів, перш ніж вирішити його. Не будьте тестом, який використовує 500 000 галонів у рівнянні замість 250,000 галонів!)

Швидкість потоку = 250,000 галонів/8 годин

Швидкість потоку = 31 250 галонів/1 година

31 250 галл/1 година = 1 година/60 хв = 520,83 галлонів в хвилину

Огляд глави

1. Хвороботворний мікроорганізм:
   1. Збудник
   2. Колілерт
   3. Патологічний
   4. Помутніння
2. Згідно з Правилом обробки поверхневих вод, що таке комбінована інактивація та видалення лямблій?
   1. 1.0 Журнали
   2. 2.0 Журнали
   3. 3.0 Журнали
   4. 4.0 Журнали
3. Яка еквівалентність виражається у відсотках для інактивації SWTR і видалення вірусів?
   1. 99,9%
   2. 99,99%
   3. 99,0%
   4. 99,999%
4. Водне агентство, яке приймає більше 40 зразків кишкової палички, повинні потрапляти під який процентиль?
   1. 10%
   2. 7%
   3. 5%
   4. Немає допустимих позитивних зразків
5. Підхід до багатобар'єрного лікування включає ___________.
   1. Стерилізація і фільтрація
   2. Дезінфекція та фільтрація
   3. Дезінфекція та стерилізація
   4. Інфекція і фільтрація
6. Максимально допустимий залишок дезінфікуючого засобу для хлору в системі водопостачання - ___________.
   1. 0,2 мг/л
   2. 2,0 мг/л
   3. 3,0 мг/л
   4. 4,0 мг/л
7. Як водні агентства стежать за ефективністю процесу їх фільтрації?
   1. лужність
   2. Провідність
   3. Помутніння
   4. рН
8. Що таке дезінфікуючий побічний продукт, спричинений озонуванням?
   1. Тригалометани
   2. Бромат
   3. Хлорит
   4. Відсутність формування DBP
9. Галоацитарні кислоти також відомі як ___________.
   1. ТХМ
   2. ХОКЛ
   3. Хлорит
   4. ХАА5
10. Що таке MCL для тригалометанів?
    1. 1,0 мг/л
    2. 0,06 мг/л
    3. 0,08 мг/л
    4. 1,2 мг/л
11. Що таке MCL для галоацитових кислот?
    1. 100 ч.л.
    2. 60 проміле
    3. 80 проміле
    4. 120 проміле
12. Що таке MCL для бромату?
    1. 0,10 мг/л
    2. 0,20 мг/л
    3. 0,30 мг/л
    4. 0,40 мг/л
13. Оператор очисних споруд повинен заповнити прозору свердловину 10 000 футів води за 90 хвилин. Яка швидкість потоку виражається в GPM?
    1. 111 Г/ХВ
    2. 831 Г/ХВ
    3. 181 Г/ХВ
    4. 900 Г/ХВ
14. Резервуар для води має ємність 6MG. В даний час він наполовину заповнений. На заливку піде 6 годин. Який витрата насоса?
    1. 3 333 ГАЛ/ХВ
    2. 6 333 ГАЛЛОНІВ В ХВИЛИНУ
    3. 8 333 ГАЛЛОНІВ В ХВИЛИНУ
    4. 16 666 ГАЛ/ХВ
15. Прозорий колодязь ємністю 2,5 МГ заповнюється після періоду технічного обслуговування. Швидкість потоку становить 2500 галонів в хвилину. Оператор починає заповнення о 7 ранку. У який час буде заповнений ясний колодязь?
    1. 22:00 ВЕЧОРА
    2. 22:40 ВЕЧОРА
    3. 23:00
    4. 23:40 ВЕЧОРА